CN101978028A - 用于烯烃生产的改进的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于从链烷烃分离烯烃的改进方法，例如从丙烷分离丙烯。并行使用两个产物分流器，以从丙烷分离丙烯。一个产物分流器在较低的压力下运行，而第二个产物分流器在较高的压力下运行。与现有技术的方法相比，并行使用两个分流器提供以低的能量消耗回收高纯度丙烯产物的方法。

Description

用于烯烃生产的改进的分离方法
技术领域
本发明涉及用于烯烃生产的改进方法，且尤其涉及分离通过脱氢工艺生产的烯烃与链烷烃原料。该方法特别适合于丙烯和丙烷的分离。两个产物分流器并行使用，以分离丙烯与丙烷，以生产高纯度的丙烯产物。一个产物分流器在较低的压力下使用，而第二个分流器在较高的压力下运行。与现有技术的方法相比，并行地使用两个分流器提供了以较低的能耗回收高纯度丙烯产物的方法。
背景技术
烯烃用于制造许多石油化工产品，例如聚合物、发动机燃料混合添加剂和其它产品。每个分子具有2至5个碳原子的短链饱和烃通常进行脱氢处理，以形成对应的烯烃。烯烃又可以用在异链烷烃的烷基化、醇的醚化，以制得发动机燃料混合添加剂，或作为用来制造各种聚合物材料的单体。
一种特别有用的烯烃是丙烯，其通过丙烷的脱氢作用制备。丙烯是世界上第二大石化商品，且用在聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯醛、环氧丙烷和二醇(glycols)、增塑剂含氧醇(oxo alcohols)、枯烯、异丙醇和丙酮的生产中。丙烯生产的增长主要由对聚丙烯的工业需求驱动的，聚丙烯用在如封装材料和户外衣服的日常产品中。
丙烷脱氢工艺通常遵循图1中示出的步骤。丙烷供给至在存在催化剂的情况下进行脱氢的脱氢单元(1)，以形成丙烯。来自脱氢单元的流出物在压缩机(2)中被压缩至足够高的压力，通常115至350磅/平方英寸(psig)或更大，以在回收部中从较轻质成分回收未反应丙烷和丙烯。
在回收部(3)中，被压缩的反应器流出物采用制冷方式连续变冷，以最大化丙烷和丙烯的回收，用于进一步的净化。来自回收部的废气主要较轻质成分构成，诸如如氢气、甲烷、乙烷和乙烯。
烃产物流被从回收单元供给至净化单元(4)。净化单元通常包括两个蒸馏塔。在第一蒸馏塔(脱乙烷塔)中、乙烷和更轻质成分被作为顶部废气回收，而丙烷和丙烯作为底部物去除。
来自脱乙烷塔的底部流随后被供给至通常称为产物分流器的第二蒸馏塔。在产物分流器塔中，丙烯作为顶流被回收，且来自产物分流器的底部流的未反应的丙烷被循环，返回至脱氢单元。
在常规工艺中，产物分流器通常采用热泵的配置被再沸腾，其中来自产物分流器的顶部产物蒸汽被压缩，并用作重沸介质。虽然可以增加产物分流器中的压力和采用低压流进行重沸，但丙烷脱氢单元通常不能产生足够低水平的流，来使高压产物分流器重沸。
一种用于通过丙烷的脱氢来生产丙烯的常见工艺通常称为CATOFIN工艺。在CATOFIN工艺中，通过将液态丙烷供给至容纳有固定床铬-氧化铝催化剂的脱氢反应器，将丙烷转化成丙烯。通常并行运转多个脱氢反应器，以允许在一些反应器中发生催化剂再生，同时其它反应器仍在运行。脱氢反应器通常维持在约690°F。
采用蒸汽驱动的产物压缩机冷却并压缩来自反应器的流出物。被压缩的产物被运送至回收部，其中惰性气体、氢气和轻质烃被从被压缩的反应器流出物去除。来自回收单元的富含丙烯的气体随后被运送至产物净化部，在该处如上所述从丙烷中分离丙烯。
图2中示出了常规丙烷脱氢工艺的净化步骤。常规工艺中的产物分流器(110)通过进料管线(100)被供给来自脱乙烷塔的包含C3+化合物的重质尾馏分(heavy end)。这种进料是在产物分流器中被蒸馏，使得在顶流(102)中回收丙烯产物，大部分包括未反应的丙烷的剩余化合物离开底部流(104)中。这种常规产物分流器在约80-90磅/平方英寸(psig)的压力和40-60°F的温度下运行。
顶部丙烯流(102)与来自分离器(150)的顶部馏出物(105)混合，并通过管线(106)运送至热泵(130)。采用通过管线(133)提供的高压蒸汽，由汽轮机(131)驱动热泵。废汽通过管线(122)排放至冷凝器(160)，在此处它被冷却并从车间排出。
产物在热泵(130)中被压缩，并流过排出管线(108)，以向产物分流重沸器(120)提供热量。被加热的丙烯被分流，一部分通过管线(114)流回产物分流器，剩余部分通过管线(112)流至产物分离器(150)。来自分离器(150)的塔顶馏出物(105)与来自产物分流器的顶部丙烯流(102)混合，并如上所述供给至热泵(130)。来自分离器的底部的丙烯产物(118)被运送至其它单元，用于进一步处理。
产物压缩机(140)由通过管线(143)被供给高压蒸汽的汽轮机(141)驱动。通过管线(127)向产物压缩机供给来自脱氢反应器(未示出)的产物，用于压缩。通过管线(126)供给被压缩的脱氢产物，用于进一步分离。在常规的车间中，来自汽轮机(141)的废汽通过管线(124)排放至冷凝器(170)，它在冷凝器(170)处被冷却，并从车间排出。
常规低压产物分流器的底部物主要由丙烷组成。底部物通过管线(128)被排出并分流，底部物的一部分通过管线(104)被循环至重沸器(120)，在重沸器(120)它被加热并被运送返回至低压分流器(11)，以提供热量。底部物的剩余部分通过管线(116)被排出并被运送进一步处理。
然而，常规脱氢工艺具有一些固有的限制。一个主要的限制是生产丙烯产品所需要的输入能量的量。目前，常规脱氢工艺的总能量消耗对于丙烯产物是100千卡/千克(kcal/kg)。同样，在工业中对更便宜且更有能量效率的丙烷脱氢的方法存在不断增加的且未满足的需求。
发明内容
本发明涉及用于从链烷烃原料分离烯烃的方法。该方法例如可以用于在脱氢工艺之后从丙烷中分离丙烯，以从丙烷生产丙烯。该方法并行使用两个产物分流器，第一分流器在较高的压力下运行，第二分流器在较低的压力下运行。低压产物分流器具有重沸器，其如通常在常规丙烯净化工艺中进行的、采用热泵供给热量。高压产物分流器在较高压力下运行，且具有重沸器，该重沸器具有采用来自产物压缩机和热泵的汽轮机的废汽供给的热量。
在本发明的一个实施例中，由丙烯和丙烷的混合物组成的原料流被分流成两种流。第一流被供给至高压产物分流器塔，第二流被供给至低压产物分流器塔。来自低压产物分流器塔的顶流的至少一部分被供给至热泵。来自驱动热泵的汽轮机的废汽被供给至用于高压产物分流器的重沸器。
热泵可以用于压缩来自低压产物分流器塔的顶流。在本发明的一些实施例中，来自低压产物分流器的被压缩的顶流通过用于低压产物分流器塔的重沸器进行供给。
一个或更多的产物压缩机用来压缩将链烷烃原料转化成烯烃产物的脱氢反应器的输出物。产物压缩机由汽轮机驱动。来自用于产物压缩机的汽轮机的废汽可以与来自热泵的汽轮机的废汽混合，混合流用来向用于高压产物分流器的重沸器提供热量。
在本发明的另一实施例中，来自产物分流器塔的顶流被分流成回流和产物流。回流被供给返回至各个产物分流器塔，产物流被供给至其它单元，用于进一步处理。
在本发明的又一实施例中，提供了分离器。在向用于低压产物分流器的重沸器提供热量之后，来自低压产物分流器塔的被压缩的顶流被供给至分离器。来自分离器的顶流与来自低压产物分流器塔的顶流混合，来自分离器的包含丙烯产物的底部流被运送至其它单元。
可以从能够将链烷烃转化成烯烃，例如将丙烷转化成丙烯的任何类型的车间提供到并行的产物分流器的原料流，并利用分离阶段，从丙烯中分离未反应的丙烷。对于采用将丙烷转化成丙烯的任何类型的脱氢工艺(例如CATOFIN工艺)的本发明的工艺，可以生产丙烯。在优选的实施例中，来自脱氢单元的产物流被进一步处理，例如通过压缩和制冷，以去除惰性气体、氢气和轻质烃。产物流优选被供给至脱乙烷塔，在脱乙烷塔中去除顶流中的C2和更轻质成分，底部流由丙烷和丙烯以及少量的其它杂质构成。在这一实施例中，脱乙烷塔底部流被供给至本发明的并行的产物分流器级。
产物净化级通常包括低压产物分流器、高压产物分流器、汽轮机驱动的热泵、以及汽轮机驱动的产物压缩机。脱乙烷塔底部流进入产物净化级，并被分流，使得高压分流器的重沸器流要求由来自驱动产物压缩机和热泵的汽轮机的废汽来满足。用于低压产物分流器的重沸器的热量由热泵提供，如在常规的产物分流器配置中。
所描述的分离方法可以用在任何用于从诸如链烷烃的原料中分离烯烃的烯烃转化方法中。本发明的方法特别有利于要求由汽轮机提供相当大量的功率或由于产物的沸点温度差异很小而需要能量集约分离的方法。
本发明的方法的优点中的一个是在于可以以较低的总能耗生产高纯度的丙烯。例如，与常规CATOFIN单元相比，采用本发明的产物净化方案的总能量消耗可以降低总能量消耗多达约18-22％。基于下述的优选实施例的详细描述，本领域技术人员将明白本发明的方法的其它优点。
附图说明
图1示出由丙烷生产聚丙烯的常规方法的步骤。
图2示出常规的现有技术的处理方案的详细示意图。
图3为用于并行使用低压分流器和高压分流器由丙烷生产聚丙烯的方法的示意图。
具体实施方式
本发明涉及如在由丙烷生产丙烯中的用于能量集约分离(energyintensive separation)的改进方法。在本发明的方法中，来自将链烷烃转化成烯烃的过程的进料，例如来自脱乙烷塔的底部物被分流，并供给至并行运行的两个产物分流器塔。一个产物分流器塔在较高的压力下运行，而第二个产物分流器在较低的压力下运行。
在本发明的方法中，从诸如脱氢单元的烯烃转化车间中获得产物流。在一个实施例中，丙烷可以被供给至任何类型的常规脱氢单元，以生产丙烯。如图1所示，典型地，脱氢单元产物流被压缩，并被运送至回收单元，以去除惰性气体、氢气和其它较轻质成分，以最大化丙烷和丙烯的回收。随后产物流被从回收单元运送至脱乙烷塔，其中C2和更轻质成分作为塔顶馏出物蒸汽被去除。在优选的实施例中，脱氢单元为CATOFIN型反应器。
仅以示例的方式提供了本发明的优选实施例的下述描述，并不是要以任何方式限制在此描述的和要求保护的本发明的全部范围。应当理解，下文描述的方法可以用在任何烯烃转化工艺中，以从诸如链烷烃的原料中分离烯烃。特别地，所述方法可以用于需要由汽轮机提供相当大量的功率的分离或要求能量集约分离的分离，这是因为产物的沸点温度差异很小。
图3中示出了本发明的用于分离丙烷和丙烯的实施例的示意图。来自脱乙烷塔的底部物被供给至并行的低压和高压产物分流器，用于丙烯产物的净化。如图3所示，来自脱乙烷塔的底部物被通过管线(10)供给，并分流成用于两个产物分流器的两条分开的进料管线(12、14)。应当理解，基于产物分流器的尺寸选择和控制从脱乙烷塔到产物分流器的流量，以最大化车间的效率和操作。优选地，来自脱乙烷塔的进料的约10％至35％被供给至低压塔(30)，剩余的部分被供给至高压塔(20)。
第一进料管线(12)将脱乙烷塔底部物供给至高压产物分流器(20)。第二进料管线(14)对低压产物分流器(30)进行供给。来自脱乙烷塔的进料在第一和第二进料管线之间被分流，使得至高压产物分流器的进料处于可以采用来自用来驱动产物压缩机(50)和热泵(40)的汽轮机的废汽进行处理的流量，如下文所述。
高压产物分流器(20)在约170磅/平方英寸和350磅/平方英寸之间的压力下运行，且优选在在约275磅/平方英寸的压力下运行。来自脱乙烷塔的原料流(12)被供给至其中丙烷被从丙烯中分离的高压产物分流器(20)。高压产物分流器为具有用于分离丙烷和丙烯的典型设计的蒸馏塔。被净化的丙烯产物通过塔顶管线(16)从高压分流器流出，并使其进料通过采用水冷却的冷凝器(70)。优选地，冷水以足以提供将丙烯产物冷却至期望温度的所需要的冷却的温度和流量供给至冷凝器。丙烯产物在冷凝器中液化，产物流的一部分分流，并通过回流管线(22)供给至高压产物分流器(20)。剩下的丙烯产物通过管线(18)被供给至存储装置或另一单元，用于进一步处理。丙烯产物流优选以约85°F和105°F之间的温度流出冷凝器。
通过管线(24)从高压产物分流器(20)的底部去除丙烷。底部物的一部分通过管线(58)通过重沸器(80)进行供给，且返回到高压产物分流器。再循环的底部物在重沸器中被加热至约110°F和140°F之间的温度。热量通过蒸汽管线(32)被提供至重沸器，其由来自热泵(40)的汽轮机(55)的废汽管线(26)和来自产物压缩机(50)的汽轮机(51)的废汽管线(28)供给的。冷凝水和冷却蒸汽通过管线(34)从重沸器中排出。丙烷的未被循环的剩余部分被通过管线(62)去除，用于进一步处理。典型地，丙烷将被再循环并供给至脱氢单元。优选地，供给至重沸器的丙烷和再循环的丙烷之间的划分(split)在约20/1和40/1之间。
低压产物分流器(30)在约60磅/平方英寸和100磅/平方英寸之间的压力下运行，且优选在约75磅/平方英寸的压力下运行。来自脱乙烷塔的原料流(14)被供给至其中丙烷从丙烯中分离的低压产物分流器(30)。被净化的丙烯产物通过塔顶馏出物管线(36)流出低压产物分流器。丙烯产物和来自分离器(60)的通过管线(38)供给的塔顶馏出物混合，混合流通过管线(42)供给至热泵(40)。优选地，丙烯产物流在热泵中在约110°F和150°F之间的温度下被压缩至约150磅/平方英寸和290磅/平方英寸之间的压力。热泵(40)由汽轮机(53)驱动。优选压力约600磅/平方英寸至650磅/平方英寸的高压蒸汽被供给至汽轮机(53)，以驱动热泵(40)。如上所述，来自汽轮机(53)的废汽通过管线(26)供给，并与管线(28)中的废汽混合，以供给高压分流器重沸器(80)。
被压缩的丙烯通过管线(44)流出热泵(40)，并通过低压分流器重沸器(90)进行供给，以向重沸器提供热量。在重沸器(90)中，被压缩的丙烯被冷却至约75°F和100°F之间的温度。在重沸器中冷却之后，丙烯产物被分流。丙烯产物的一部分作为用于低压产物分流器(30)的回流通过管线(48)进行供给。丙烯产物流中的大部分通过管线(46)供给至分离器(60)。优选地，回流丙烯和产物丙烯之间的划分在约10/1和20/1之间。丙烯产物通过产物管线(64)从分离器(60)中去除，供给至存储装置或其它单元，用于进一步处理。
丙烷通过底部管线(52)从低压产物分流器的底部去除。底部物的一部分被分流，并通过管线(54)供给至重沸器(90)，其中该流被加热，并供给到产物分流器(30)的底部。丙烷的剩余部分通过管线(56)去除，用于处理。优选地，供给至重沸器的丙烷和再循环的丙烷之间的划分为约1/10和4/10。典型地，丙烷被再循环至脱氢单元，用于进一步处理。
产物压缩机(50)为来自脱氢反应器(未示出)的输出物提供压缩。来自脱氢反应器的输出物通过管线(67)供给至产物压缩机，被压缩的产物通过管线(66)进行供给，用于处理和分离。产物压缩机由汽轮机(51)驱动。优选压力为约600磅/平方英寸至650磅/平方英寸的高压蒸汽通过管线(57)供给至汽轮机(51)，以驱动产物压缩机(50)。如上所述，来自汽轮机(51)的废汽通过管线(28)供给至高压分流器重沸器(80)。优选地，脱氢反应器产物流在约150磅/平方英寸或更大的压力，并在约230°F和250°F之间的温度下通过管线(66)流出产物压缩机。优选地，丙烯产物流包括至少30％的丙烯。
上述工艺提供了从丙烯中分离丙烷的更加具有能量效率的手段，以获得高纯度的丙烯产物。来自用于热泵和产物压缩机的汽轮机的废汽用来向用于高压分流器的重沸器提供热量，由此回收并利用先前已经损失的能量。例如，本发明的方法对于采用丙烯产物是78-82Kcal/kg，与常规CATOFIN方法相比，改进了18-22％。
虽然已经示出并描述了优选实施例，但在不偏离在随附的权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对上述方法进行诸多修改。例如，上述方法可以用在要求由汽轮机提供相当大量的功率或由于产物具有小的温差而要求能量集约分离的任何烯烃转化方法中。因此，应当理解，已经通过举例的方式和非限制性的方式描述了本发明。

Claims (17)

1.一种分离在来自脱氢系统的产物流中的烯烃与链烷烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)供给基本上由至少一种烯烃和至少一种链烷烃的混合物组成的原料流；
(b)将所述原料流分成第一部分和第二部分；
(c)将所述原料流的第一部分供给至第一产物分流器塔，将所述原料流的第二部分供给至第二产物分流器塔，其中所述第一产物分流器塔在比所述第二产品分流器塔高的压力下运行；
(d)将来自所述第二产物分流器塔的顶流的至少一部分供给至热泵，以压缩所述第二产物分流器的顶流；和
(e)将来自驱动所述热泵的至少一个汽轮机的蒸汽供给至用于所述第一产物分流器塔的重沸器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
(f)使来自所述热泵的被压缩的第二产物分流器塔的顶流流过用于所述第二产物分流器的重沸器。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：
(g)将来自驱动产物压缩机的至少一个汽轮机的蒸汽供给至用于所述第一产物分流器塔的重沸器。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：
(i)将来自所述第一产物分流器的顶流分流成被回馈到所述第一产物分流器的回流和产物流；和
(j)将来自所述热泵的被压缩的第二产物分流器的顶流分流成回馈到所述第二产物分流器的回流和产物流。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：
(g)将来自用于所述第二产物分流器的重沸器的被压缩的第二产物分流器的顶流供给至分离器，以将所述第二产物分流器的顶流分流成包含丙烯产物的分离器底部流和分离器顶流；以及
(h)将所述分离器顶流与来自第二产物分流器的顶流混合，并将所述混合流供给至所述汽轮机驱动的热泵。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一产物分流器塔在约170磅/平方英寸和350磅/平方英寸之间的压力下运行，所述第二产物分流器塔在约60磅/平方英寸和100磅/平方英寸之间的压力下运行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述烯烃为丙烯，且所述链烷烃为丙烷。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一产物分流器塔在约275磅/平方英寸之间的压力下运行，且所述第二产物分流器塔在约75磅/平方英寸之间的压力下运行。
9.根据权利要求7所述的方法，其中约65％和90％之间的原料流被包含在所述原料流的第一部分中。
10.一种分离在来自脱氢系统的产物流中的烯烃与链烷烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供基本上由至少一种烯烃和至少一种链烷烃的混合物组成的原料流；
(b)将所述原料流分成第一部分和第二部分；
(c)将所述原料流的第一部分供给至第一产物分流器塔，将所述原料流的第二部分供给至第二产物分流器塔，其中所述第一产物分流器塔在比所述第二产物分流器塔高的压力下运行；
(d)将来自所述第二产物分流器塔的所述顶流供给至热泵，以压缩所述第二产物分流器顶流；
(f)使来自所述热泵的被压缩的第二产物分流器顶流流过用于所述第二产物分流器的重沸器；
(g)将所述被压缩的第二产物分流器顶流分流成被回馈至所述第二产物分流器的回流和产物流；
(h)将来自所述第一产物分流器的顶流分流成被回馈至所述第一产物分流器的回流和产物流；以及
(i)将来自驱动脱氢反应器输出物压缩机的至少一个汽轮机的蒸汽和来自驱动所述热泵的至少一个汽轮机的蒸汽混合，并将所述蒸汽供给至用于所述第一产物分流器塔的重沸器。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
(j)将所述步骤(g)的产物流供给至分离器，并将所述产物流分成包含丙烯产物的分离器底部流和分离器顶流；以及
(k)将所述分离器顶流与来自所述第二产物分流器的顶流混合，并将所述混合流供给至所述汽轮机驱动的热泵。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述烯烃为丙烯，且所述链烷烃为丙烷。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一产物分流器塔在约170磅/平方英寸和350磅/平方英寸之间的压力下运行，第二产物分流器塔在约60磅/平方英寸和100磅/平方英寸之间的压力下运行。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一产物分流器塔在约275磅/平方英寸之间的压力下运行，且所述第二产物分流器塔在约75磅/平方英寸之间的压力下运行。
15.根据权利要求13所述的方法，其中约65％和90％之间的原料流被包含在所述原料流的第一部分中。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一产物分流器塔在约170磅/平方英寸和350磅/平方英寸之间的压力下运行，第二产物分流器塔在约60磅/平方英寸和100磅/平方英寸之间的压力下运行。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述烯烃为丙烯，且所述链烷烃为丙烷。
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